Представление графической информации в ЭВМ.

Как и любая другая информация в ЭВМ, графические изображения хранятся, обрабатываются и передаются по линиям связи в закодированном виде - т.е. в виде большого числа бит - нулей и единиц. Существует большое число разнообразных программ, работающих с графическими изображениями. В них используются самые разные графические форматы- т.е. способы кодирования графической информации. Расширения имен файлов, содержащих изображение, указывают на то, какой формат в нем использован, а значит какими программами его можно просмотреть, изменить (отредактировать), распечатать.

Несмотря на все это разнообразие, существует только два принципиально разных подхода к тому, каким образом можно представить изображение в виде нулей и единиц (оцифровать изображение).

При использовании растровой графики с помощью определенного числа бит кодируется цвет каждого мельчайшего элемента изображения - пикселя. Каждый из пикселей имеет свой цвет, в результате чего и образуется рисунок, аналогично тому, как из большого числа камней или стекол создается мозаика или витраж, из отдельных стежков - вышивка, а из отдельных гранул серебра - фотография. При использовании растрового способа в ЭВМ под каждый пиксель отводится определенное число бит, называемое битовой глубиной. Каждому цвету соответствует определенный двоичный код (т.е. Код из нулей и единиц). Например, если битовая глубина равна 1, т.е. Под каждый пиксель отводится 1 бит, то 0 соответствует черному цвету, 1 -белому, а изображение может быть только черно-белым. Если битовая глубина равна 2. т.е. Под каждый пиксель отводится 2 бита, 00- соответствует черному цвету, 01- красному , 10 - синему ,11- черному, т.е. в рисунке может использоваться четыре цвета. Далее, при битовой глубине 3 можно использовать 8 цветов, при 4 - 16 и т.д. Поэтому, графические программы позволяют создавать изображения из 2, 4, 8, 16 , 32, 64, ... , 256, и т.д. цветов. Понятно, что с каждым увеличением возможного количества цветов (палитры) вдвое, увеличивается объем памяти, необходимый для запоминания изображения (потому что на каждый пиксель потребуется на один бит больше).

Основным недостатком растровой графики является большой объем памяти, требуемый для хранения изображения. Это объясняется тем, что нужно запомнить цвет каждого пикселя, общее число которых может быть очень большим. Например, одна фотография среднего размера в памяти компьютера занимает несколько мегабайт, т.е. Столько же, сколько несколько сотен (а то и тысяч) страниц текста. Для работы с растровой графикой используется в основном программа Adobe Photoshop.

При использовании векторной графики в памяти ЭВМ сохраняется математическое описание каждого графического примитива - геометрического объекта (например, отрезка, окружности, прямоугольника и т.п.), из которых формируется изображение. В частности, для построения окружности достаточно запомнить положение ее центра, радиус, толщину и цвет линии. По этим данным соответствующие программы построят нужную фигуру на экране дисплея. Понятно, что такое описание изображения требует намного меньше памяти (в 10 - 1000 раз) чем в растровой графике, поскольку обходится без запоминания цвета каждой точки рисунка. Одной из наиболее популярных программ векторной графики является Corel DRAW.

Системы счисления

Системы счисления бывают позиционные и непозиционные. Пример непозиционной системы — римская. В настоящее время используются в основном позиционные системы. В позиционной системе счисления каждая цифра имеет свой «вес», то есть значение цифры зависит от ее расположения в записи числа.

Запись числа в позиционной системе представляет собой сокращенный вариант записи выражения:

,

где р - основание системы счисления, a_i, – цифры (0 ≤ а_i ≤ р-1).

Примеры.

1. Число 1 в обычной десятичной системе счисления означает один.

2. В числе 11 первая цифра справа означает 1, а вторая цифра справа — уже 10, поэтому число 11 означает 10+1, т. е. одиннадцать.

3. Рассуждая аналогично, получаем, что число 111 = 100 + 10 + 1, т. е. означает сто одиннадцать.

Основание системы счисления — это количество цифр позиционной системы счисления.

Позиционные системы отличаются друг от друга количеством цифр своего алфавита. Поэтому они именуется по своему основанию: десятичная, двоичная, троичная, восьмеричная, шестнадцатеричная и т.д.

Привычная нам десятичная система счисления имеет алфавит, состоящий из 10 цифр:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Пример. 512 = 5∙100+1∙10+2∙1. В числе 512 пять сотен, один десяток и две единицы.

Никаких преимуществ перед другими основаниями число 10 не имеет. Десятичная система кажется нам удобной только потому, что мы привыкли к ней с детства. В компьютерной технике более удобна двоичная система счисления.

ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ

Двоичная система счисления имеет алфавит, состоящий из двух цифр:

0 и 1.

Это система счисления с минимальным основанием. Поэтому в компьютерах используется именно эта система. Простота выполнения операций в двоичной системе счисления связана с двумя обстоятельствами:

1) простотой аппаратной реализации: 1 — есть сигнал, 0 — нет сигнала;

2) самое сложное действие таблицы умножения — это 1₂ ´ 1₂ = 1₂, а самое сложное действие таблицы сложения — 1₂ + 1₂ = 10₂.

Почему в двоичной системе при сложении двух единиц счисления получается 10? Эта ситуация аналогична той, когда в десятичной системе к девяти прибавляется один: 9₁₀ + 1₁₀ = 10₁₀. На девятке цифры десятичной системы заканчиваются, и затем следует наименьшее двузначное число десять 10₁₀. В двоичной системе цифры заканчиваются на единице, и после нее идет наименьшее двузначное число десять 10₂.

Двойка внизу в виде нижнего индекса означает, что числа записаны в двоичной системе. При записи чисел в разных позиционных системах счисления основание системы записывается в виде нижнего индекса. Этот индекс всегда записывается только в виде числа в десятичной системе.